Цели и задачи.
- Систематизировать и обобщить знания учащихся о химическом составе клетки, о строении и функциях белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот.
- Проверить качество усвоения учащимися пройденного ранее материала.
- Научить сравнивать, обобщать, выделять главное, делать выводы.
- Научить студентов работать в группах, выступать перед расширенной аудиторией.
Тип урока: урок обобщения знаний.
Методы, используемые на уроке: репродуктивные, частично-поисковые.
Материалы и оборудование: таблицы «Строение и функции белка», «Строение и функции липидов», модель ДНК, карточки с заданиями, цветные маркеры, продукты питания (молоко, шоколад, масло и т. п.), фигурки животных (медведь, верблюд, кит, тюлень, скорпион), растения с восковым налётом, техническое оборудование (ноутбук, проектор, диск с фильмом «Парк юрского периода»).
Ход урока
1. Организационный момент.
Добрый день, уважаемые преподаватели, гости, студенты! Сегодня мы собрались здесь, чтобы попытаться разрешить одну очень важную проблему. Дело в том, что на наших занятиях разгорелся нешуточный спор. Как вам известно, мы начали изучать цитологию – науку о клетке. И вот, органические вещества клетки начали ссориться между собой и выяснять, кто же из них самый главный.
Все мы сегодня сыграем необычные для нас роли.
Наших гостей мы попросим быть судьями. Вы согласитесь разрешить наш спор?
Чтобы не рубить сгоряча мы поможем разобраться в этом сложном, запутанном деле. Для этого сегодня к нам пришли свидетели со стороны белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот. Они всерьёз настроены на победу и даже принесли с собой вещественные доказательства своей правоты.
Итак, я предлагаю приступить к рассмотрению дела, ну а я выступлю в роли секретаря.
Первым предоставляется слово свидетелям со стороны:
1) белков; 2) углеводов; 3) липидов; 4) нуклеиновых кислот.
11. Основная часть.
ДОКЛАД №1.
К чему излишняя скромность!? Жизнь появилась тогда, когда появился белок! Мы можем с уверенностью сказать: среди органических веществ клетки белки занимают первое место как по количеству, так и по значению. Содержание белков в различных клетках от 50 до 80%!
В организме человека встречается 5 млн. типов белковых молекул, а возможно их бесконечное многообразие.
Белок – полимер, состоящий из отдельных звеньев – аминокислот (АК). Аминокислот всего 20. Они имеют общий план строения, но отличаются друг от друга строением радикала, которое весьма разнообразно.
(Показ карточек по строению аминокислот)
Из 20 разных АК может быть построено вот такое количество комбинаций:
|
2.432.902 |
|
008.176 |
|
640.000 |
Разные белки – разные и свойства!
А если одна АК встретиться дважды?
Молекулы белков могут принимать различные формы.
(Демонстрация таблицы по строению и свойствам белков)
Линейная последовательность АК полипептидной цепи представляет первичную структуру белка. Она уникальна для любого белка и определяет его свойства.
Вторичная структура возникает, когда цепочка АК сворачивается в спираль (или гармошку) за счёт водородных связей между витками.
При третичной структуре спираль сворачивается в клубок, или глобулу.
Четверичная структура возникает в результате соединения нескольких глобул в сложный комплекс. (Например, гемоглобин)
Если на белок действуют внешние факторы: температура (жарим яичницу), химические вещества, обезвоживание, облучение и т.п., то разрушается сначала четверичная структура, затем третичная. Происходит денатурация.
Если нарушена первичная структура, этот процесс необратим, а если нет, то возможно восстановление белка - ренатурация. Это свойство белков используется в медицине (для приготовления антибиотиков, вакцин, сывороток) и пищевой промышленности (для получения концентратов, которые сохраняют свои свойства долгое время в высушенном виде)
Ну и наконец посмотрите на этот стол. Как обойтись без всего этого? Роль молока невозможно переоценить! Через него ребёнок знакомится с миром!
В тех районах земного шара, где нарастает потребление белка, жизнь человека становиться более продолжительной.
ДОКЛАД № 2.
Функции белков.
Функции белков чрезвычайно многообразны.
1) Строительная: белки участвуют в образовании клеточных мембран и органоидов клетки, а так же внеклеточных структур. Например, коллаген – составной компонент соединительной ткани,
кератин – компонент перьев, рогов, волос, ногтей
эластин – эластичный компонент связок, кровеносных сосудов
2) Каталитическая.
Данную функцию выполняют белки – ферменты. Они ускоряют химические реакции, протекающие в клетке
3) Транспортная.
Например, гемоглобин переносит кислород и углекислый газ из лёгких к клеткам других тканей.
Белки-переносчики переносят вещества из внешней среды в клетку через мембрану. А не пускают их липиды.
4) Энергетическая.
При расщеплении 1 грамма белка выделяется 17,6 кДж энергии. Правда, в этом мы уступаем углеводам и, тем более, липидам. Поэтому на этой функции мы останавливаться не будем.
5) Защитная.
Белки-антитела стоят на страже нашего здоровья. Они предохраняют организм от проникновения чужеродных организмов (бактерий, вирусов) и даже от повреждений (фибриноген, тромбин образуют тромб).
6) Двигательная.
Эту функцию обеспечивают сократительные белки. Благодаря им возможно движение всех организмов: мерцание ресничек, биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у животных, движение листьев к свету у растений.
7) Регуляторная функция характерна для белков-гормонов. Они регулируют различные физиологические процессы. Например, инсулин регулирует содержание глюкозы в крови. Её гипофункция приводит к тому, что выделяется мало инсулина. Как следствие – избыток сахара в крови и недостаток в клетках. Итогом может стать сахарный диабет.
Вилочковая железа активно выделяет гормоны в детском возрасте, и это задерживает процесс полового созревания. Менее активное выделение гормонов в юношеском возрасте приводит к быстрому половому созреванию.
Справедливости ради нужно сказать, что белки не всегда приносят человеку лишь пользу. Могут возникнуть серьёзные проблемы при пересадке органов и тканей от одного человека другому. Пересаженный орган воспринимается как чужеродный и организм хозяина начинает с ним бороться.
Аналогичные проблемы возникают при резус-конфликте, когда у мамы отрицательный резус–фактор (также белок), а у будущего ребёнка положительный резус-фактор.
Но заметьте, это – тоже из лучших побуждений. Это – защита!
А теперь мы посмотрим, насколько внимательно вы нас слушали.
Задания.
Задание №1.
Это рассказ, в котором работник типографии, по своему незнанию, пропустил некоторые слова. Допишите их, пожалуйста. Группа, которая быстро и правильно сделает это, получит 3 балла.
Белки – важные ______ вещества. У животных на них приходится до _____ сухой массы клетки. В организме человека встречается 5 _____ типов белковых молекул, отличающихся друг от друга и строением, и свойствами. Белки - _______, мономерами которых являются ________. Несмотря на разнообразие белков, аминокислот всего ____. Отличаются они друг от друга _____. Последовательность АК в полипептидной цепи называется _______________. Более высокая структурная организация - ______ структура белка – имеет вид ______. При третичной структуре белок принимает форму _____ или ______. Самая сложная ______ структура. Она представляет собой объединение нескольких __________. Примером этого служит _______.
Задание №2.
На карточках изображены несколько рисунков. Найдите, пожалуйста, картинку с первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурой белка, а также денатурированный белок. 2 балла.
Задание №3.
Почему из сваренного яйца никогда не вылупится цыплёнок? 2 балла.
Переходим к свидетелям со стороны углеводов.
ДОКЛАД №3.
Углеводы – огромная планета, у которой есть светлая сторона и есть теневая: тёмная, но манящая.
Есть углеводы «правильные», нужные, но которые не всегда хочется есть. Это кашки, хлеб из муки грубого помола, овощи. И есть торты, пирожные, шоколад – то, что нельзя, но всегда очень хочется. Компромисс – фрукты на любой вкус и цвет.
Содержание углеводов в животных клетках составляет 1 – 5%, а в некоторых растительных может достигать 90%.
Простейший и самый распространённый представитель углеводов – глюкоза. Она содержится в клетках и животных и растений. Её уровень в организме человека регулируется поджелудочной железой, о чём уже говорили представители белков.
Многие углеводы сладкие на вкус. Отсюда и вторые названия:
глюкоза – виноградный сахар;
сахароза – тростниковый сахар;
мальтоза – солодовый сахар;
лактоза – молочный сахар.
Кстати, молоко можно поставить и на наш стол. В нём 4,7% молочного сахара, кристаллы которого даже выпаривают из молока.
Крахмал содержится в клубнях, плодах, семенах растений. Именно они дают энергию для прорастания семян весной.
Животным крахмалом называют гликоген. Он накапливается в сердце, печени, мышцах животных и человека и является неприкосновенным запасом для бесперебойной работы этих органов.
Углеводы входят в состав ДНК, РНК, ряда витаминов и ферментов.
Список выдающихся представителей углеводов продолжит мой коллега.
ДОКЛАД №4.
Основная функция углеводов – энергетическая. При их расщеплении выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. Важно, что всё происходит быстро. Если мы очень – очень сильно голодны, маленький кусочек сахара даст необходимую энергию, чтобы продержаться до обеда или ужина. А уж шоколадка на экзамене – классика.
Углеводы – хороший строительный материал. Целлюлоза придаёт форму растительной клетке и делает её прочной. Волокна хлопка – почти чистая целлюлоза и из них делают ткани. То есть углеводы – не только еда, но и одежда, и мебель.
Хитин помогает членистоногим и грибам. Без него речному раку, майскому жуку и многим другим пришлось бы туго. Жаль, они не смогли прийти сюда.
При повреждении стволов деревья лечат раны с помощью смолы. Это – тоже углеводы.
Задания.
Задание №1.
Составьте из углеводов слово, означающее название углевода. 3 балла.
1) ХАОСАЗАР;
2) ЗАЛАМОТЬ;
3) ЛЮЗОЛЦАЛЕ.
Задание №2.
Ромашка, на лепестках которой написаны вопросы. 1 правильный ответ – 1 балл.
1) Избыток углеводов в организме человека запасается в виде:
а) сахара;
б) крахмала;
в) хитина;
г) солей;
д) гликогена.
2) Углеводы не выполняют функцию:
а) структурную;
б) регуляторную;
в) ферментативную;
г) энергетическую;
д) а + г;
е) б + в.
3) Целлюлозная клеточная стенка характерна для:
а) всех грибов;
б) всех животных;
в) всех протистов;
г) всех растений.
4) Гликоген не запасают:
а) растения;
б) животные;
в) грибы;
г) протисты.
5) К углеводам относится:
а) вода;
б) крахмал;
в) глицерин;
г) аминокислота.
6) У растений - крахмал, а у животных:
а) хитин;
б) целлюлоза;
в) сахароза;
г) гликоген.
Задание №3.
Вопрос на серединке ромашки для всех команд. 2 балла.
Глюкоза хорошо растворима в воде, а крахмал практически нерастворим. В какие периоды жизни растения (и в связи с какой ситуацией) будет активизироваться процесс превращения крахмала в глюкозу?
Далее для выступления приглашаются свидетели со стороны липидов.
ДОКЛАД №5.
Без липидов никак нельзя обойтись! Это идеальное топливо для клетки! При сгорании 1 грамма жира выделяется почти 40 кДж энергии. Это в 2,5 раза больше, чем при сгорании белков и углеводов. Причём это топливо компактно складируется и без особой необходимости не расходуется. Бурому мишке его хватает на всё зиму и половину весны.
А что носят в горбах верблюды? Два ведра воды в виде жира! Да, 1 грамм жира даёт более 1 грамма воды!
Киты очень благодарны липидам. Жировой слой до 1 метра позволяет им совсем не думать о холодах, да ещё помогает плавать.
Да, собственно, ни один организм не может обойтись без липидов.
(Демонстрация таблицы «Строение и функции липидов»).
Мембрана каждой клеточки всех организмов образована двумя слоями фосфолипидов. Вот они, головки и хвостики, обращённые друг к другу.
Восковой налёт на листьях растений препятствует излишнему испарению воды, а уткам он позволяет и плавать и летать, не пользуясь феном. Ещё воск можно увидеть на зимних яблоках.
Человеку тоже пришлось бы тяжело без липидов зимой. Одеться мы можем потеплее, а вот от падения на скользкой дороге никто не застрахован. Все внутренние органы находятся в своеобразных мешочках из жировой ткани. Они не дают внутренним органам смещаться и защищают от повреждений.
И последнее. Производными липидов являются витамины А, Д, Е, К, половые гормоны.
ДОКЛАД №6
С тортом спорить очень сложно, но все мы точно знаем: кашу маслом не испортишь. Да и торт тоже.
Кстати, представители углеводов, переставьте, пожалуйста, молоко на наш стол. В нём 4 (а то и больше) % жира. К тому же все излишки и белков и углеводов переходят в жиры и откладываются прозапас. Обратного хода нет.
Много жалоб поступает в адрес холестерина. Ему объявили войну. На нём делают рекламу. Посмотрите: на этикетке подсолнечного масла стоит надпись «без холестерина» как показатель высокого качества прдукта. Даже самое низкосортное растительное масло не будет содержать холестерин, так как он имеет исключительно животную природу. Вот в сливочном масле он есть. Да, в избыточном количестве холестерин откладывается на стенках кровеносных сосудов, делая их менее эластичными, а то и вовсе закупоривая их. Так может образоваться тромб, угрожая здоровью и жизни человека. Но холестерин – важный компонент клеточных мембран. Поэтому каждому человеку нужно просто следить за своим питанием.
Кстати, на подсолнечном масле (как и на сливочном) можно жарить только один раз, так как в нём накапливаются канцерогенные вещества, повышающие риск возникновения онкологических заболеваний.
Так что за своим здоровьем нужно следить самим, а не сваливать вину на других.
Задания.
Я буду задавать вопросы каждому участнику всех групп по очереди. Отвечать нужно только «да» или «нет». За каждый правильный ответ команда получает 1 балл.
Верно ли, что…
1) липиды имеют гидрофобный характер?
2) большинство жиров растворяются в бензине, эфире?
3) жиры выполняют строительную функцию?
4) липиды хорошо растворимы в воде?
5) жиры выполняют транспортную функцию?
6) липиды выполняют защитную функцию?
7) липиды выполняют регуляторную функцию?
8) липиды выполняют энергетическую функцию?
9) липиды выполняют каталитическую функцию?
10) липиды выполняют теплоизолирующую функцию?
11) липиды легко переходят в углеводы?
12) избыток белков и углеводов легко превращается в жиры?
13) при необходимости жиры легко переходят в белки?
14) воск относится к группе липидов?
15) стероиды - это липиды, не содержащие жирных кислот и имеющие определённую структуру?
16) глаз окружает жировая прослойка, защищая его?
17) все жиры твёрдые?
18) все масла жидкие?
19) мы легко можем обойтись без продуктов, содержащих липиды, а только белки и углеводы?
20) липиды имеют гидрофильный характер?
21) липиды входят в состав витаминов?
Нам осталось выслушать ещё одну сторону. Нуклеиновые кислоты.
ДОКЛАД №7.
Я расскажу вам о нуклеиновых кислотах (НК), и тогда вы поймёте, кто на самом деле главный. Посмотрите на фотографии. Здесь собраны разные поколения одних фамилий. Общие черты сохраняются на протяжении десятков, а то и сотен лет. Это возможно лишь благодаря НК. Сегодня уже говорилось о том, как важны белки. Они определяют все признаки и свойства организма. А НК отвечают за хранение и передачу по наследству информации о строении всех белков организма. То есть ДНК – молекула наследственности, а РНК помогает ей.
В 1869 году учёный Мишер обнаружил в ядрах лимфоцитов соединения, которые назвал НК (от лат. «нуклеус» - ядро). Позже они были обнаружены абсолютно во всех клетках всех живых организмов.
Двум учёным – Дж. Уотсону и Ф. Крику – была присуждена Нобелевская премия за установление структуры молекулы ДНК.
Нуклеиновые кислоты – самые крупные молекулы в живом организме. Это полимеры, мономером которых является нуклеотид
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) представляет собой двойную спираль.
(Демонстрация модели ДНК)
Нуклеотиды ДНК устроены таким образом:
1) одно из четырёх азотистых оснований (А – аденин;
Т – тимин;
Г – гуанин;
Ц – цитозин);
2) углевод дезоксирибоза С5Н10О4;
3) остаток фосфорной кислоты.
Изучая структуру ДНК, американский биофизик Чаргафф установил, что количество аденина = количеству тимина, а количество гуанина = количеству цитозина.
Дело в том, что азотистые основания попарно соединяются, дополняя друг друга. Это – правило комплементарности («комплемент» - дополнение). Посмотрите на модель: красная деталь одной цепи подходит только к зелёной другой цепи, а жёлтая дополняет синюю. Так, зная последовательность нуклеотидов одной цепи, можно легко восстановить вторую.
Молекулы ДНК находятся в основном в ядрах клеток, образуя тела хромосом, но небольшое количество содержится в митохондриях, пластидах и цитоплазме.
Выполнять важнейшую функцию ДНК помогает РНК.
ДОКЛАД № 8.
РНК (рибонуклеиновая кислота) – также полимер, но состоит из одной цепочки нуклеотидов. Нуклеотид РНК несколько отличается по строению от ДНК:
1) одно из четырёх азотистых оснований (А – аденин;
У – урацил;
Г – гуанин;
Ц – цитозин);
2) углевод рибоза С5Н10О5;
3) остаток фосфорной кислоты.
Таким образом, различия между ДНК и РНК:
|
ДНК |
РНК |
|
Двойная спираль |
Одиночная спираль |
|
Т – тимин |
У – урацил |
|
Дезоксирибоза С5Н10О4 |
Рибоза С5Н10О5 |
РНК бывает трёх типов:
- информационная (и-РНК);
- транспортная (т-РНК);
- рибосомальная (р-РНК).
РНК считывают информацию о первичной структуре белка с ДНК, переносят её к рибосомам и участвуют в биосинтезе белка.
ХХ1 век назван веком генетики, то есть веком ДНК. Посмотрите, что уже научились делать учёные с этими сложными веществами.
(Демонстрация отрывка из фильма «Парк юрского периода», где идёт речь о восстановлении генома динозавров.)
Задания по НК.
Задание №1.
Найдите ошибки в молекуле ДНК. 2 балла.
1) А Г А У Т Ц Ц А Т Г
Т Г Т А Т Г Г Т А Т.
2) Ц Г А У Ц Г Г Т А Г
Г Г Т А Т Ц Ц А Т Т.
3) Т А Г У Т Ц А Ц Г Ц
А Г Ц А Т Г Т Г Ц Т.
Задание № 2.
Все участники слушают вопросы и поднимают руку, когда готовы ответить. На этом задании можно «заработать» целых 16 баллов (по 1 баллу за каждый вопрос).
1) Что является мономером НК?
2) В молекуле ДНК число адениновых нуклеотидов равно числу каких?
3) Как по-другому называется правило Чаргаффа?
4) Какую функцию выполняют молекулы ДНК?
5) Какова функция РНК в клетке?
6) Молекула РНК, в отличие от ДНК, имеет вид …
7) Какой нуклеотид комплементарен гуанину?
8) В состав чего входят молекулы ДНК в ядре клетки?
9) Чему комплементарен цитозин?
10) Где, кроме ядра, встречается ДНК?
11) Какой углевод входит в состав ДНК?
12) Какие виды РНК вы знаете?
13) Какой углевод входит в состав РНК?
14) Какого азотистого основания нет в молекуле ДНК?
15) РНК – мономер или полимер?
16) Какого азотистого основания нет в молекуле РНК?
111. Подведение итогов.
Итак, мы выслушали мнения разных сторон. Уважаемые судьи, вы уже готовы вынести вердикт: кто же важнее – белки, углеводы, липиды или нуклеиновые кислоты?
В любой системе, будь то организм амёбы или человеческое общество, важно сочетание, взаимодействие всех её компонентов. Только так эта система сможет существовать, функционировать, совершенствоваться. Если выпадает хотя бы одно звено, это отразится на всех остальных. В нашем случае и белки, и углеводы, и липиды, и нуклеиновые кислоты жизненно необходимы клетке все вместе, а не поодиночке. Выбрать, кто из них самый главный, невозможно. Они важны все вместе.
И ещё одно нам нужно выяснить. Какая группа оказалась самой внимательной? Подсчитаем заработанные баллы. Эта команда получает за работу на уроке оценки «5».Также оценки «5» получают все студенты, выступившие с докладами.
Спасибо за внимание и за участие.
Литература
- Захаров В. Б., Мамонтов С. Г., Сивоглазов В. И. Биология: общие закономерности: Учебник для 10-11 классов общеобразовательных учебных заведений. – М: Школа-пресс, 1996.
- Кулев А. В. Общая биология. 11 класс: Методическое пособие. – СПб.: «Паритет», 2002.
- Мамонтов С. П. Биология: Пособие для поступающих в вузы. – М.: Дрофа, 2004.
- Мухамеджанов И. Р. Тесты, зачёты, блицопросы по общей биологии: 10-11 классы – М.: ВАКО, 2006.
- Общая биология: Учебник для 10-11 классов средней школы. /Под редакцией Ю. И. Полянского. – М.: Просвещение, 1997.
- Чайка Т. И. Биология. 10 класс: Поурочные планы по учебнику В. Б. Захарова, С. Г. Мамонтова, Н. И. Сонина. – Волгоград: Учитель, 2006.
- Юркова И. И. Поурочные тесты и тематический контроль: 10 класс. – Мн.: ООО «Юнипресс», 2003.